Thiết kế và mô phỏng công nghệ sản xuất VINYL CHLORIDE MONOMER 94%

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

KHOA DẦU KHÍ
BỘ MƠN LỌC - HĨA DẦU
----------

DỰ ÁN
THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
VINYL CHLORIDE MONOMER 94%

Giảng viên giảng dạy: TS Phạm Trung Kiên
Sinh viên thực hiện

Hà Nội, tháng 10 năm 2020

1


MỤC LỤC

Phần I. TỔNG QUAN
I

Vinyl clorua (VC)

1. Tính chất
Bảng tính chất của Vinyl Clorua
Vinyl Clorua
Danh pháp IUPAC

Chloroethene

Tên khác

Vinyl chloride monomer hoặc
chloroethylene

Công thức phân tử

H2C=CHCl

Cấu trúc phân tử
Phân tử lượng

62.5 kg/mole

THUỘC TÍNH
Trọng lượng riêng

0.969 g/cm3

Độ hịa tan trong nước

2.7 g/L (0.0432 mol/L)

Nhiệt độ tới hạn

156,8°C

Áp suất tới hạn

5,6 kPa

Điểm sôi

-13oC
0,9834

Nhiệt độ nóng chảy

-153,8

Nhiệt độ sơi

-13,4
2


 Vinyl clorua (VC), ở nhiệt độ và áp suất thấp thường là chất khí, khơng
mầu ở điều kiện tiêu chuẩn, có mùi ete, tạo tạo hỗn hợp nổ với khơng khí
(giới hạn nổ từ 3,6-26 % thể tích(TT/TT)).
 VC có nồng độ cho phép của nó khi làm việc là 1 ppm trong thời gian 8h
một ngày sản xuất. Khi tiếp xúc nồng độ cao thì nó gây chống, hôn mê,
bị bỏng da nếu tiếp xúc trực tiếp.
 Không tan trong nước nhưng nó có khả năng tan trong các dung môi hữu
cơ như acetone, rượu etylic, hydrocacbon thơm và hydrocacbon mạch
thẳng
 Vinyl clorua có tính độc, dễ cháy, và gây ung thư. Nó có thể được hình
thành trong môi trường khi các sinh vật đất phá vỡ dung môi "chứa clo".
Vinyl clorua được thải ra từ các ngành cơng nghiệp hoặc được hình thành
từ sự phân hủy của các hóa chất clo có thể xâm nhập vào khơng khí và

nguồn cung cấp nước uống. Vinyl clorua là một chất gây ơ nhiễm thơng
thường được tìm thấy gần các bãi chơn lấp rác.
 Do đó: Nhân viên khơng được tiếp xúc quá 1ppm trong hơn 8 giờ làm
viêc hoặc không quá 5ppm với thời gian 15 phút. Nếu tiếp xúc hơn
100ppm sẽ dẫn đến các bệnh nghiêm trọng.
 Vinyl chloride phải được lưu trữ và vận chuyển trong môi trường khí trơ.
Cần sử dụng chất ổn định ngăn ngừa trùng hợp trong quá trình xử lý và
lưu trữ.
2. Ứng dụng:
 Vinyl clorua (VC) là một trong những hóa chất hàng đầu được sử dụng
chủ yếu cho sản xuất polyvinyl clorua (PVC). Năm 2005 là khoảng 35
triệu tấn mỗi năm, với mức tăng trưởng hàng năm khoảng 3%.
 Được sử dụng trong các phản ứng đồng trùng hợp các monomer khác như
vinydeclorua CH2=CCl2, axetat vinyl CH2=CHOCOCH2, acrylnitril
CH2=CHCN tạo thành các polymer có giá trị.
 Được sử dụng làm chất làm lạnh (tuy nhiên vì tính chất độc hại ngày nay
đã ngưng sử dụng).
3. Các phương pháp sản xuất Vinyl Clorua (VC) trong cơng nghiệp
Các q trình chính trong cơng nghiệp để sản xuất Vinyl Clorua (VC):
 Cộng Clo vào ethylene, sau đó nhiệt phân EDC để tạo thành VC và
HCl
3


 Cộng HCl và axetylene.
 Cracking EDC tạo VCM và HCl.
 Oxi clo hóa ethylene.
a Clo hóa trực tiếp ethylene
Cơng nghệ sản xuất Vinyl clorua từ ethylene là phương pháp mới, có nhiều ưu
điểm, nhất là với những nước có nguồn dầu mỏ phong phú.

C2H4 + Cl2 → C2H3Cl +

HCl

Phản ứng này có ưu điểm là tạo ra ln VCM mà khơng cần 2 bước. Nhưng nó
xảy ra ở nhiệt độ cao, tạo ra ít VCM và tạo ra 1 lượng lớn sản phẩm phụ là
dicloetylene, tạo ra HCl khó tiêu thụ. Chi phí sản xuất của q trình này cao hơn
các quá trình khác.
b Sản xuất Vinyl clorua từ axetylen và HCl
C2H2 +

HCl → C2H3Cl

Ở áp suất thường không có xúc tác, phản ứng khơng xảy ra. Muốn phản ứng xảy
ra có thể tăng áp suất lên cao nhưng khi đó các phản ứng tạo sản phẩm phụ xảy
ra mạnh, làm giảm hiệu suất và tăng chi phí phân tách.
Khi tiến hành phản ứng chuyển hóa axetylen thành vinyl clorua cần sử dụng xúc
tác chọn lọc nhằm làm tăng vận tốc giai đoạn đầu. Độ chuyển hóa đạt 98% tại
150°C trong sự có mặt của chất xúc tác HgCl2. Phản ứng này ở điều kiện vừa
phải nhưng xúc tác độc nên cách này đang được nghiên cứu.
c

Sản xuất Vinyl clorua monomer đi từ Dicloetan (EDC)

Công nghệ pha lỏng
Phản ứng chính:
ClCH2-CH2Cl + NaOH → CH2=CH-Cl + NaCl +H2O
Cơng nghệ sử dụng quá trình trong pha lỏng để tách HCl ra khỏi Dicloetan
không được dùng phổ biến trong công nghiệp do nguyên liệu Clo đắt mà lại bị
mất đi do tạo thành muối NaCl.

Cơng nghệ pha khí
C2H4Cl2

→

C2H3Cl +

HCl

Phản ứng bắt đầu xảy ra ở 300 oC,và áp suất khí quyển 1atm nhưng phản ứng
chỉ đạt được tốc độ cao ở khoảng nhiệt độ 400-550oC. Phản ứng xảy ra theo cơ
4


chế gốc, lượng VCM thu được ít. Để hạ thấp nhiệt độ phản ứng, người ta dùng
xúc tác có khả năng tách Clo.
Để tránh phải tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao tạo nhiều sản phẩm phụ người
ta thường dùng chất xúc tiến cho phản ứng như Clo, Brom, … để thuận lợi cho
q trình chuyển hóa.
C2H4 + Cl2
C2H4Cl2

→
→

C2H4Cl2
C2H3Cl +

HCl

C2H3Cl +

HCl

Cả quá trình là :
C2H4 + Cl2 →

Quá rình này gồm 2 bước phản ứng. Thứ nhất là phản ứng clo hóa ethylene tạo
EDC phản ứng này có độ chuyển hóa 98% tại 90° C và 1atm với chất xúc tác là
FeCl3 . Thứ 2 là phản ứng tạo VCM bằng cách cracking chọn lọc EDC tại
500°C với độ chuyển hóa 60%
Q trình này ít tạo ra sản phẩm phụ EDC nhưng phản ứng tạo ra HCl
d Oxy clo hóa ethylene
C2H4 + 2HCl + 0.5 O2 →
C2H4 + Cl2

→

C2H4Cl2 + H2O

C2H3Cl +

HCl

Cả quá trình là :
C2H4 + HCl + 0.5 O2 → C2H3Cl + H2O
Đây là phản ứng tỏa nhiệt cao độ chuyển hóa của phản ứng tạo EDC đạt trên
95% tại nhiệt độ 250°C với xúc tác CuCl2. Cũng như là cách 3 phản ứng thứ hai
là phản ứng cracking tạo VCM.
II

Thiết kế và lựa chọn công nghệ

Nhận thấy các ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp Clo hóa trực tiếp
từ ethylen, chúng em đã lựa chọn và thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất
Vinyl Clorua Monomer (VCM) để tối ưu hóa q trình sản xuất và thu được VC
có độ tinh khiết cao và tận dụng được nguồn HCl sinh ra từ phản ứng để tiếp tục
chuyển hóa thành VC giúp hạn chế việc tồn trữ HCl gây ăn mịn thiết bị và ơ
nhiễm mơi trường , tận dụng nguồn ngun liệu có kinh tế thấp để tạo ra những
nguồn nguyên liệu cho kinh tế cao hơn.
1.Nguyên liệu
a)Etylen
5


Tính chất:
Nhiệt độ
kết tinh
(oC)

Nhiệt độ sơi
(oC)

Nhiệt độ
Giới hạn nổ trong khơng khí tại
o
tới hạn ( C) 20oC, 1 at (%V)
Giới hạn dưới Giới hạn trên

169.15

-103.71
9.9
2.75
28.6
 Ở điều kiện thường ethylene là khí khơng màu khơng mùi, nhẹ hơn khơng
khí(d=28/29 ) , dễ cháy. Ethylene hầu như không tan trong nước nhưng
dễ tan trong các dung môi hữu cơ.
 Cấu tạo đơn giản, hoạt tính cao.
 Tương đối rẻ tiền .
 Dễ sản xuất từ các hydrocacbon khác nhau bằng quá trình cracking với
hiệu suất cao.
 Các phản ứng đi từ nguyên liệu etylen tạo thành ít sản phẩm phụ hơn so
với phản ứng đi các olefin khác.
Điều chế
- Trong công nghiệp, etilen được điều chế bằng phản ứng tách hiđro từ ankan
tương ứng hoặc bằng phản ứng craking.
- Trong phòng thí nghiệm, etilen được điều chế bằng cách đun etanol với axit
sunfunric đậm đặc:

Ứng dụng
 Trong các hợp chất hữu cơ do con người sản xuất thì ethylene đứng hàng
đầu về sản lượng. Sở dĩ như vậy vì ethylene cũng là nguyên liệu quan
trọng của công nghiệp tổng hợp polime và các hợp chất hữu cơ khác.
 Ethylene là nguyên liệu quan trọng trong tổng hợp hóa học.
 Từ etylen có thể tổng hợp ra nhiều sản phẩm trung gian quan trọng có giá
trị cao như vinyl clorua (VC), vinyl acetat, axit acrylic, styrene,…
 Ethylene dùng kích thích quả chín
b. Clo
Tính chất:
6

 Trong tự nhiên, Clo thường tồn tại ở dạng hợp chất. Cụ thể là ở
dạng muối clorua, đặc biệt là muối ăn NaCl. KCl cũng là một loại
muối khá phổ biến, nó có trong một số loại khống vật như cacnalit
và xinvinit.
 Tan vừa phải trong nước, tan nhiều trong dung mơi hữu cơ.
 Khí clo rất độc có hại cho sức khỏe con người.
Ứng dụng:
 Clo là dùng để điều chế nhựa PVC cũng như các chất dẻo hay cao
su..
 Là một hóa chất quan trọng làm tinh khiết nước, khử trùng, tẩy
trắng và là khí gây ngạt.
 Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất của nhiều đồ vật sử dụng
hàng ngày.
 Được sử dụng trong sản xuất các muối clorat, clorofom, cacbon
tetraclorua và trong việc chiết xuất brom.
c. Oxy
Tính chất:
 Là chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, nặng hơn khơng khí
(d
 Tan ít trong nước.
 Hóa lỏng là -1830C dưới áp suất của khí quyển 1 atm.
 Oxi trong khơng khí là sản phẩm của quá trình quang hợp
Ứng dụng:
 Là chất duy trì sự hô hấp, nên được ứng dụng rộng rãi trong y tế.
 Được sử dụng làm chất oxy hóa.
 Được sử dụng trong công nghệ hàn cũng như sản xuất thép và rượu
methanol.
d. Xúc tác FeCl3

Tính chất :
 FeCl3 có màu nâu đen, mùi đặc trưng và có độ nhớt cao.
7








Khối lượng mol là 162.2 g/mol (khan) và 270.3 g/mol (ngậm 6 nước)
Khối lượng riêng là 2.898 g/cm3 (khan) và 1.82 g/cm3 (ngậm 6 nước)
Điểm nóng chảy là 306 °C (khan) và 37 °C (ngậm 6 nước)
Điểm sôi là 315 °C
FeCl3 tan được trong nước, Methanol, Ethanol và các dung mơi khác

Ứng dụng:
FeCl3 ứng dụng trong phịng thí nghiệm.
•

FeCl3 thường được sử dụng như là một axit Lewis xúc tác phản ứng như
khử trùng bằng clo của các hợp chất thơm và phản ứng Friedel-Thủ công
mỹ nghệ của các chất thơm.

FeCl3 ứng dụng trong cơng nghệ xử lý nước.
•

FeCl3 có các tính chất như hoạt động được tốt cả trong điều kiện nhiệt độ
thấp và trong khoảng pH rộng. Khoảng làm việc tối ưu nhất pH từ 7 –8,5.

FeCl3 tạo bơng bền và thơ.

•

FeCl3 có thể sử dụng được cho nước có nồng độ muối cao. Vì vậy nó
được coi là hóa chất xử lý rác thải cơng nghiệp và nước thải đơ thị.

•

FeCl3 có tác dụng như keo lắng để làm nước trong hơn. Đặc biệt, FeCl3
với phản ứng kết tủa thì nó cịn loại bỏ photphase.

FeCl3 ứng dụng trong cơng nghiêp
•

FeCl3 là thành phần trong thuốc trừ sâu.

•

FeCl3 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bo mạch in. Dùng làm tác
nhân khắc axit cho bản in khắc; chất cầm màu; chất xúc tác trong tổng
hợp hữu cơ; chất làm sạch nước; dùng trong nhiếp ảnh…

•

FeCl3 được sử dụng như một chất giữ màu và là thành phần được sử
dụng trong các chất nhuộm.

•

FeCl3 được xem như thành phần có mặt trong các bồn tẩy tạp chất cho
nhơm và thép.

FeCl3 ứng dụng trong y học.
•

FeCl3 được sử dụng làm chất làm se vết thương.

 Ngoài ra, FeCl3 cịn có rất nhiều ứng dụng khác trong cuộc sống và
công nghiệp
e. HCl
8


Tính chất
 HCl là chất khí, khơng mầu, mùi sốc tan nhiều trong nước tạo thành dung
dịch axit mạnh HCl, nặng hơn khơng khí
 HCl là chất lỏng khơng mầu, dễ bay hơi, HCl đặc dễ bay hơi trong khơng
khí ẩm , dung dịch axit HCl không mầu
Ứng dụng






Tẩy gỉ thép
Sản xuất các hợp chất hữu cơ
Sản xuất các hợp chất vơ cơ
Kiển sốt và trung hịa độ pH

Tái sinh bằng cách trao đổi ion
1. Các quá trình phản ứng
a. Q trình clo hóa ethylen:

Giai đoạn clo hóa ethylene thành 1,2 - ethylenedichloride (EDC):
C2H4 + Cl2

→

C2H4Cl2

∆H = -218 kJ/mol

Chất xúc tác được sử dụng là acid- Lewis, muối kim loại chuyển tiếp thường
dùng là FeCl3.
Phản ứng phụ tạo 1,1,2 - trichlorethane (TCE)
C2H4 + Cl2

→

C2H4Cl2 + Cl2 →

C2H3Cl +

HCl

C2H3Cl3 (TCE) +

HCl

 Để hạn chế tạo ra sản phẩm phụ ta cần :
• Sử dụng các chất phản ứng có độ tinh khiết cao để tránh hình thành các
tạp chất.
• Cho dư chlorine để ethylene chuyển hóa hồn tồn tránh hình thành
polymer.
• Việc clo hóa trực tiếp ethylene có thể được tiến hành theo hai kỹ thuật:
o Clo hóa nhiệt độ thấp (LTC).
Nhiệt cần tiến hành cho q trình clo hố ở 20oC – 30oC.
Ưu điểm: Do phản ứng thực hiện ở nhiệt độ thấp 20-30oC thấp hơn nhiệt độ sôi
của Dicloetan và làm lạnh khối phản ứng (bằng cách trao đổi nhiệt bên ngoài
thiết bị hay băng cách tuần hoàn thiết bị trao đổi nhiệt bên ngồi và bên trong)
nên ít tạo sản phẩm phụ. Đồng thời phản ứng Clo hoá tạo ra nhanh, thiết bị phản
9


ứng khá đơn giản, không chế nhiệt độ dẽ dàng,làm việc an tồn, Dicloetan có độ
tinh khiết cao, hiệu suất Dicloetan cao, sự chuyển hoá đạt tới 100% đối với Clo
và độ chọn lọc của Etylen gần bằng 99%
Nhược điểm: Do phải làm lạnh khối phản ứng và tốn năng lượng cho quá trình
chưng cất vì phản ứng ở nhiệt độ thấp (lượng hơi cần cho quá trình làm sạch
Dicloetan) tốn nhiều cơng đoạn xử lý làm sạch.
o Clo hóa nhiệt độ cao (HTC).
Cơng nghệ Clo hố trực tiếp Etylen nhiệt độ cao là một xu thế mới trong công
nghiệp tổng hợp hữu cơ hoá dầu hiện nay phản ứng được tiến hành tại điểm sôi
của EDC ở mức 1,5 -5 bar và 90 đến 150°C, không phải làm lạnh khối phản ứng
mà kết hợp nhiệt phản ứng dùng để bốc hơi Dicloetan và chưng tách hỗn hợp
phản ứng. Hiệu suất sử dụng ngun liệu cao, chuyển hóa các khí nguyên liệu
ethylene và clo thành EDC sạch với hiệu suất đạt trên 99%.
Giai đoạn nhiệt phân EDC thành VC:
C2H4Cl2

→

C2H3Cl +

HCl (- 71 kJ/mol)

• Điều kiện phản ứng: nhiệt độ 5000C
• Áp suất 12atm
• Phản ứng tỏa nhiệt, độ chuyển hóa 60%
Q trình oxy hóa HCl tạo ra Cl2
Tận thu HCl:
0.5O2 + 2HCl → Cl2 + H2O
Nhiệt độ 600 , 1atm, độ chuyển hóa 100 , điều kiện xúc tác CuCl2/Al2O3
b. Xúc tác và nhiệt động của quá trình phản ứng
Quá trình clo hóa ethylen:
Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng (điều khiển nhiệt độ ethylenedicloride
EDC) với sự có mặt của xúc tác Lewis (FeCl3) dạng hoà tan.
Cơ chế phản ứng. Phản ứng cộng hợp ái lực điện tử vào etylen, phản ứng cộng
hợp qua nhiều giai đoạn. Phản ứng cộng hợp vào nối đôi C=C theo cơ chế ái
điện tử khi có mặt xúc tác Lewis làm cho liên kết π dễ bị phân cực, với tác nhân
cộng hợp phân cực (Cl2). Nhờ có sự phân cực trước nên giai đoạn tạo phức
nhanh. Quá trình phức phá vỡ liên kết π tạo ra ion là q trình khó và chậm. Nó
quyết định thời gian cộng hợp chung của quá trình. Vì vậy, tốc độ cộng hợp
10


được xác định ở giai đoạn phá vỡ liên kết π tạo ra ion. Hơn nữa tác nhân ái điện
tử sẽ cộng hợp vào trước và được cộng hợp vào giai đoạn quyết định này, giai
đoạn cộng hợp Cl- vào cation cacboni xảy ra nhanh và hướng cộng hợp ở phía

sau ngun tử clo đã có trong phân tử.
Ngồi ra, EDC cịn có khả năng làm xúc tác cho phản ứng giữa clo và etylen.
Trong q trình cịn có một số phản ứng phụ tạo ra từ cloetan, tetracloetan và
polycloric…
CH2= CH2 + 2Cl2 → CH2Cl- CH2Cl + HCl
CH2= CH2 + 3Cl2 → CH2Cl- CHCl2 + 2HCl.
Tuỳ theo sự khống chế nhiệt độ của quá trình mà sản phẩm phụ tạo nhiều hay ít.
Khoảng nhiệt độ từ –30 đến -20oC ta thu được chủ yếu EDC, ở 20oC ta thu được
chủ yếu là Tricloetan và nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì lượng tetracloetan tạo
thành càng nhiều. Qua các quá trình nghiên cứu, khi cho vào môi trường phản
ứng một lượng oxy hoặc khơng khí sẽ ức chế sự tạo thành sản phẩm phụ.
Tỷ số giữa clo và etylen cũng ảnh hưởng nhiều đến sản phẩm phụ, tỷ lệ giữa
clo/etylen càng lớn sản phẩm phụ càng nhiều, vì thế trong thực tế người ta
thường dùng thiếu clo.
3. Các thiết bị chính
a)

Thiết bị phản ứng Clo hóa ethylen
Thiết bị phản ứng hình trụ, bên trong có các ống chứa xúc tác.

Etylen và Clo kết hợp với nhau trong một phản ứng đồng thể có xúc tác
để tạo thành EDC. Thơng thường tốc độ phản ứng được điều khiển bằng sự
chuyển khối, với sự hấp thụ ethylene là yếu tố giới hạn. Vì độ chọn lọc cao,
ferric chloride là xúc tác điển hình được lựa chọn cho phản ứng clo hóa
ethylene. Cơ chế xúc tác cho phản ứng là cơ chế cộng electrophilic
(electrophilic addition mechanism). Xúc tác làm phân cực Clo và sau đó các
phân tử clo phân cực hoạt động như một tác nhân electrophilic để cộng Cl- vào
liên kết đôi của ethylene.
FeCl3 + Cl2 ↔ FeCl4-Cl+
FeCl4-Cl+ + CH2CH2 → FeCl3 + ClCH2CH2Cl

b)

Thiết bị nhiệt phân EDC (thermal cracking)

Nhiệt phân EDC là phản ứng thu nhiệt được tiến hành trong một lò phản ứng.
Lị phản ứng gồm 4 phần chính: phần bức xạ, phần đối lưu, phần sốc nhiệt và
một ống thoát.
11


c)

Thiết bị phản ứng oxy hóa acid clohydric

Thiết bị phản ứng loại ống chùm, xúc tác chặt trong ống, chất tải nhiệt đi ngoài
ống. Dùng xúc tác CuCl2/Al2O3 do CuCl2 ở nhiệt độ cao dễ bay hơi nên người
ta cho thêm KCl vào để làm giảm độ bay hơi. Để giảm nhiệt độ lớn nhất trong
thiết bị phản ứng, nhất là lớp tĩnh bằng cách pha lỗng xúc tác có chứa 8,2%
CuCl2/Al2O3 bằng grafit (chất có khả năng dẫn nhiệt tốt) hoặc dùng xúc tác có
hàm lượng CuCl2 khác nhau từ thấp đến cao phân bố từ đầu vào đến đầu ra.
Các ống thường được chế tạo bằng kim loại của Ni, thiết bị phản ứng được chế
tạo bằng thép cacbon.
d)

Các tháp chưng cất loại tháp đĩa

Distillation Column: Các tháp chưng cất được sử dụng để tách một thành
phần từ hỗn hợp bởi sự khác biệt về nhiệt độ sôi. Năng suất tách phụ thuộc số
đĩa, tỉ lệ hồi lưu và lưu lượng đầu vào. Trong quá trình tổng hợp vinyl chloride
monomer đạt độ tinh khiết 94% cần hai tháp. Thápchưng cất thứ nhất để tách

HCl và hỗn hợp dầu vinyl chloride và tháp chưng cất thứ hai dùng để tách vinyl
chloride monomer và ethylene dichloride (EDC).
e)

Các thiết bị gia nhiệt, làm lạnh
- Heater: Dùng để gia nhiệt cho dòng nguyên liệu đi qua nó.

Heater 1: Dùng để gia nhiệt cho dòng EDC trước khi đi vào thiết bị
thermal cracking cùng dịng hồi lưu từ thiết bị mixer2 có nhiệt độ 24,79 °C lên
343,5 °C cần năng lượng là 1,86 x 10^8 kJ/h.
Heater 2: Để tăng nhiệt độ dòng sản phẩm HCl trước khi vào thiết bị
phản ứng oxy hóa HCl từ -27,19°C lên 600 °C cần năng lượng 6,3 x 10^7 kJ/h.
- Cooler: Dùng để làm lạnh dòng khi đi qua nó.
Cooler 1: Dùng để làm lạnh dịng ngun liệu sau khi qua máy nén từ
500°C xuống 58 °C.
Cooler 2 : Dùng để làm lạnh dòng sản phẩm trước khi đi vào tháp tách từ
106,1 °C xuống 25 °C
f)

Các thiết bị máy nén, van giảm áp và trộn

- Compressor: Dùng để tăng áp suất và đẩy dòng nguyên liệu vào thiết bị
phản ứng.
12


Comp 1: Dùng để tăng áp suất dòng nguyên liệu từ 1 atm lên 1,786 atm.
Comp 2: Dùng để tăng áp suất dòng nguyên liệu từ 1 atm lên 12 atm.
- Valve: Là van điều áp để chỉnh dòng sản phẩm từ 12 atm xuống 4 atm
trước khi vào tháp chưng cất Distill 2.

- Mixer: Dùng để trộn các dòng nguyên liệu đi qua nó có cùng nhiệt độ và

áp suất.
Mixer 1: dùng để trộn dòng hồi lưu và dòng nguyên liệu vào có nhiệt độ
90 °C và 1,5 atm.
Mixer 2: dùng để trộn dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng direct
chlorination và dịng hồi lưu EDC có nhiệt độ là 25 °C và áp suất 1.5 atm.

4. Thiết kế cơng nghệ
 Sơ đồ khối của q trình sản xuất

Clo hóa trực
tiếp

Phân hủy
EDC

Làm tinh
khiết VCM

Oxy hóa
acid hydric

VCM

Q trình sản xuất được chia làm 4 phần:
• Thực hiện các chuỗi phản ứng chuyển hóa từ nguyên liệu ban đầu
thành VC.
• Tinh chế sản phẩm bằng các tháp chưng cất.
• Sử dụng EDC từ quá trình chưng cất tinh chế VC làm nguyên liệu cho

quá trình phân hủy EDC

13


• Từ quá trình phân hủy EDC ta thu được HCl hồi lưu lại q trình oxy
hóa HCl
 Mơ tả q trình
Dịng ngun liệu bao gồm C2H4 và Cl2 với tỷ lệ 1:1 đã được làm nóng
đến 90o C và 1,5 atm được đưa vào thiết bị chuyển đổi. Phản ứng được thực
hiện ở nhiệt độ thường 25 oC dòng Liq1 chứa EDC được lấy ra ở đáy được
đưa vào thiết bị Mixer 2 sau đó được gia nhiệt lên 343,5 o C và nén lên áp
suất 12 atm sau đó đưa vào thiết bị chuyển đổi Pyrolysis reactor để thực hiện
quá trình phân hủy EDC thành VCM và HCl. Tại thiết bị chuyển đổi nhiệt
phản ứng lên đến 500o C do đó các chất đều chuyển sang dạng hơi. Dòng hơi
ra ở đỉnh được làm lạnh xuống 58o C trước khi đưa vào tháp chưng cất DC1
để tách loại HCl với hỗn hợp EDC dư và VCM. Hỗn hợp đi ra từ đáy tháp
Distill 1 tiếp tục đưa sang tháp chưng Distill2 để tách EDC dư tuần hoàn trở
lại Mixer 2 để tiếp tục chuyển hóa. Dịng hơi ra từ đỉnh là VCM có độ tinh
khiết 94%. Dịng HCl đi ra từ đỉnh tháp Distill 1 được gia nhiệt và được sử
dụng làm nguyên liệu cho quá trình oxy hóa HCl. Dịng O 2 được đưa vào
thiết bị chuyển hóa Recovery HCl cùng với dịng HCl được lấy từ đỉnh tháp
chưng cất Distill 1. Tại thiết bị phản ứng Recovery HCl nhiệt phản ứng đạt
600o C, dòng hơi ra từ đỉnh chứa Cl 2 được tăng áp suất và nhiệt độ bằng
Compressor 1 và được hồi lưu lại vào thiết bị phản ứng Direct chlorination.

14


Phần II. MƠ PHỎNG Q TRÌNH

I

Thơng số thiết kế

Độ chuyển hóa q trình của q trình clo hóa ethylene 100
Độ chuyển hóa q trình của EDC trong phản ứng cracking là 60%.
Độ chuyển hóa của oxy hóa HCl là 100%,
Độ tinh khiết của sản phẩm VC là 94%
1 Tính tốn năng suất Vinyl clorua
Giả sử nhà máy làm việc với 340 ngày/năm và 24 h/ngày
Năng suất VCM đạt được trong 1 giờ làm việc là;
Số mol VCM tương ứng ;

2 Tính tốn cân bằng vật chất
(kmol/h)
lấy ra ở Distill1 là ;

Từ (1),(2) và (3) ta có ;
Khối lượng EDC tạo ra trong phản ứng (1) là ;
2000 . 99 = 198000 (kg/h)
Khối lượng nguyên liệu là ;
2000 . 71 = 142000 (kg/h)
Khối lượng nguyên liệu etylen là ;
2000 . 28 = 56000 (kg/h)
Khối lượng nguyên liệu Oxy là
+ (kg/h)
15


Khối lượng EDC tuần hoàn lại thiết bị Cracking là

0,4 . 198000 = 79200 (kg/h)
Vậy tổng khối lượng EDC đi vào thiết bị Cracking là
47520 . 118800 = 166320 (kg/h)
Khối lượng thu được từ q trình oxy hóa HCl là ;
(kg/h)
 Khối lượng đưa vào q trình Clo hóa ethylene là ;
142 000 – 71000 = 71000(kg/h)
II. Thông số đầu vào cho quá trình ;
Nguyên liệu

Nhiệt độ ( )
Áp suất (atm)
Lưu lượng
(kgmol/h)
Thành phần

Ethylen
90
1,5

Clo
90
1,5

Oxy
600
1

1996

1001

500

1

1

1

 Ethylen

16


 Chlo

 Oxy

17


Thông số thiết bị
 Thiết bị phản ứng

Nhiệt phản ứng (
Áp suất (atm)
Lưu lượng
(kgmol/h)

Direct
Chlorination
90
1,5

Pyroreactior

Oxy hóa HCl

500
12

600
1

3993

2927

2255

 Direct Chlorination

18


 Pyroreactior

19

 Oxy hóa HCl

20


 Thiết bị gia nhiệt, làm lạnh, van, bơm

Heater 1
Heater 2
Cooler 1
Cooler 2
Compressor
1
Compressor
2
Valve

24,97
-27,19
500
106,1
25

343,5
600
58
25
90

1
12
12
4
1

1
1
12
1
1,876

343,5

500

1

12

93,22

49,21

12

4

 Heater 1

21


 Heater 2

 Cooler 1

22


 Cooler 2

 Compressor 1

23


 Compressor 2

24


 Valve

25